Clique revolucionário: chip consegue captar imagens, mas não usa lentes

Criado nos Estados Unidos, o dispositivo pode levar à criação de celulares e equipamentos de fotografia mais compactos

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postado em 17/07/2017 06:00 / atualizado em 17/07/2017 08:43

Caltech/Hajimiri Lab

 
Conforme os celulares encolhem, intensifica-se uma grande limitação para que esses aparelhos fiquem ainda mais finos: o tamanho das câmeras acopladas a eles. Para focar a luz e a transferir aos sensores, as câmeras normais — das gigantescas teleobjetivas usadas em jogos de futebol às escondidas em canetas de detetives — usam lentes de vidro curvas, que precisam ter uma certa espessura para funcionar.

Quando a luz passa pela parte ótica da câmera, suas curvas mudam a direção dos fótons, de forma que eles atinjam um componente que transforma essa luz na imagem que vemos na fotografia. Nas câmeras analógicas, esse componente é o filme, que grava a imagem por meio de reações químicas. Nas digitais, é um dispositivo eletrônico conhecido como sensor, que transforma a luz em informação digital.

Caltech/Hajimiri Lab


Agora, cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, o Caltech, nos Estados Unidos, criaram um chip que dispensa esses mecanismos: as imagens são captadas sem o uso de lentes, garantem os criadores. O chip usa uma série de sensores que selecionam eletronicamente o ângulo de entrada da luz desejado, ou seja, foca em diferentes elementos de uma cena sem as partes móveis presentes em câmeras comuns, necessárias para ajustar o foco de uma fotografia.

Como os componentes óticos de uma câmera são grandes e pesados — podem ser diversas vezes maiores do que as partes eletrônicas —, o estudo da Caltech pode abrir caminho para celulares mais finos, câmeras mais compactas e até ajudar na exploração espacial, diminuindo o peso e o tamanho das câmeras usadas em sondas e até em telescópios.

“Nós criamos uma única camada fina de circuitos integrados de silício que simula a lente e o sensor de uma câmera digital, reduzindo a grossura e o custo desse equipamento”, explica, em comunicado, Ali Hajimiri, professor de engenharia elétrica no Caltech e o principal pesquisador. “Ela imita uma lente comum, mas pode mudar de uma olho-de-peixe para uma teleobjetiva instantaneamente, com um simples ajuste na forma como o chip recebe a luz.”

64 sensores

O chip tem uma grade formada por 64 sensores de luz. Enquanto os dispositivos presentes nas câmeras atuais captam apenas uma informação, a intensidade da luz, aqueles usados na pesquisa também captam a direção da qual a luz veio, o ângulo. “Com isso, você tem a informação dada pela lente. Isso elimina a parte de ótica da câmera. Resta apenas o chip, a eletrônica em si”, diz Maurício Pamplona Pires, professor do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Sabendo a direção dos fótons, o dispositivo pode escolher aqueles que vieram de uma direção específica e focar a imagem no local desejado. Assim, da mesma forma como funcionam as lentes, um ângulo maior permite fotografar uma área maior com menos detalhes, como uma paisagem. Um ângulo menor captura uma área menor, de forma mais detalhada.

“No dispositivo, as ondas de luz que são recebidas por cada elemento na matriz se cancelam entre todas as direções, exceto por uma. Nessa, as ondas se amplificam para gerar um ponto focal que pode ser controlado eletronicamente, de modo a realizar uma varredura por todo o campo de visão até formar a imagem”, resume Fátima Yasuoka, pesquisadora no Grupo de Óptica do Instituto de Física de São Carlos, da Universidade de São Paulo (USP).

Veloz

Reza Fatemi, também participante do estudo, ressalta que, além de permitir a redução do tamanho das máquinas que registram imagens, o chip chama a atenção pela velocidade de funcionamento. “O que a câmera faz é semelhante a olhar através de um canudo fino e observar através do seu campo de visão. Nós podemos formar uma imagem a uma velocidade extremamente rápida ao manipular a luz, em vez de mover um objeto mecânico”, explica. No ano passado, os pesquisadores criaram uma versão da câmera com apenas um sensor, capaz de ler um código de barras.

“Acho a pesquisa importante porque é uma extensão do que foi feito em 1969 e rendeu o Prêmio Nobel de Física”, avalia Maurício Pamplona Pires. O professor brasileiro se refere à invenção do dispositivo de carga acoplada, o CCD, precursor dos sensores usados atualmente para a fotografia digital. A invenção rendeu aos criadores, Willard Boyle e George Smith, o prêmio de 2009.

Baixa resolução

Um dos problemas a ser resolvido é que o chip gera fotografias de baixa resolução, com apenas 64 pixels — um para cada sensor. Ainda assim, os criadores e especialistas avaliam que deram um passo importante em direção a um novo tipo de câmera. “Essa é uma tecnologia que traz uma nova era de captura de imagens, utilizando o conceito híbrido de óptica e eletrônica, que minimiza o tamanho dos sistemas de imageamento e controla a escala de dimensão de tempo e espaço de forma ímpar”, ressalta Fátima Yasuoka.

“A pesquisa provou um conceito”, completa Maurício Pamplona Pires. Com esse primeiro passo, falta, segundo o professor da UFRJ, aumentar a câmera usando sensores maiores e formando imagens com melhor resolução. “Como ela está, agora é uma questão mais de tecnologia, o que é mais fácil de fazer do que provar um conceito assim. A partir de agora, é uma questão de tempo”, acredita.

*Estagiário sob a supervisão de Carmen Souza
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